常见的物联网硬件开发技术通讯协议

物联网生态系统的核心组成部分是连接和通信。物联网使远程和分散物体（设备，传感器节点，网关单元，云服务器）之间的连接和通信成为可能。

物联网通信协议的专业知识对于理解物联网系统至关重要。这些有线或无线协议不仅充当通信媒介，还为物联网网络提供增值功能。诸如Zigbee之类的物联网协议实现了无干扰，低功耗的通信，而像Profinet这样的开源协议可以促进与各种工业单元和设备的无缝和快速通信。    相关文章：《嵌入式硬件开发技术设计的几大挑战》

本文介绍了8种物联网通信协议，这些协议已广泛部署在众多现有和新兴的物联网应用中。
 

 

1.蓝牙

兼容的蓝牙IoT传感器非常适合需要短距离连接和低功率通信的应用。蓝牙协议的有效范围为50到100米，支持高达1 Mbps的数据传输速率。

最近，物联网开发人员已经表现出对基于蓝牙智能协议的低能耗蓝牙低功耗（BLE）的倾向。与前一代产品相比，BLE的功耗显着降低，但不适合大型文件传输。

2. Zigbee

基于IEEE 802.15.4标准的Zigbee已成为嵌入式应用中使用最广泛的通信协议之一。Zigbee用于连接10-100米范围内的设备，支持高达250 Kbps的数据速率。作为一种低功耗，低数据速率技术，Zigbee非常适合物联网传感器和物联网网关设备之间的双向数据传输，以及ad hoc无线网状网络。

通过其网状拓扑，Zigbee设备可以通过中间设备在一定距离上传输数据。对于在消费和工业领域需要低成本和低功耗传感器网络的物联网应用，Zigbee是一个很好的选择。

Zigbee协议还包括由128位加密密钥和加密帧定义的安全框架。

3. 6LoWPAN：

6LoWPAN是一种简单的无线网状技术，可使各个节点支持IP。其目标是克服将所有类型的设备连接到互联网的技术和商业障碍。

6LoWPan规范还定义了通过IEEE 802.15.4网络交换IPv6数据包的封装和报头压缩机制。6LoWPan集成了安全模块和ACL密钥等安全组件，以及可选的TLS。对于需要低功耗无线通信的小型设备而言，它是一种可行的选择。

4. Wi-Fi：

Wi-Fi旨在取代以太网，并通过IEEE 802.11标准系列提供易于使用的短距离无线连接和跨厂商互操作性。

Wi-Fi以更快，更大容量的通信而闻名，并且可以使用2.4 GHz和5 GHz频带在50 m范围内进行传输。由于现有基础设施的普遍存在，其受欢迎程度不断提高。
 

 

5.蜂窝：

需要长距离连续连接的物联网应用可以基于GSM，LTE，EDGE，3G，4G和5G等蜂窝网络进行设计。蜂窝网络可以与设备通信，最远距离可达35公里。

蜂窝技术有利于物联网应用，因为它具有以下特点：

通过像Cat-0和Cat-1等LTE网络，物联网应用的成本优化，增强覆盖。

通过TLS / DTLS安全性和LTE网络的空中加密实现端到端安全性。

最低或零监管法规。使用蜂窝网络，数据可以高达23 dBm进行交换。

6. ModBus

Modbus协议是一种强大的通信标准，广泛应用于工业自动化和SCADA系统，以便将仪表，传感器和执行器的信号发送回主控制器。Modbus具有广泛的通信协议，可在各种物理链路上运行。

Modbus是一种基于主从模型的串行通信协议。

主设备使用功能代码请求信息，该功能代码指示需要执行的操作，例如：

read a discrete input; read a first in, first out queue

使用Modbus的主要优点是它是一个简单的开源协议。Modbus的开发成本很低，并且需要最少的硬件设计。此外，Modbus还支持与各种设备（来自不同供应商）和系统的互操作性和兼容性。

7. PROFINET

PROFINET广泛用于工业自动化解决方案，用于连接制造环境中的系统。根据IEC 61158和IEC 61784标准，PROFINET以固定的时间间隔（1 ms或更短）提供数据，而不会造成质量损失。它还支持现有的IT标准。

PROFINET与现场总线技术高度兼容，可轻松与现有工业系统集成。PROFINET规范使用指定的数据映射系统定义代理（代理地址），以允许协议与现代IoT协议进行通信。

8. EtherCAT

EtherCAT基于CANopen协议和以太网，专门针对工业自动化进行了优化。它允许任何标准PC用作EtherCAT主站，并使用任何拓扑与EtherCAT从站通信。它们可以在30微秒内以高达1,000个I / O点的速率连接工厂车间的所有设备。

EtherCAT可靠且速度快，因为消息可以在转发到下一个从系统之前借助专用高性能硬件进行处理。